Ok, empecemos desde lo básico básico. Lo voy a explicar como si no supieras nada, cualquier cosa volvé a preguntar
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El pH según definición de libro es el potencial de concentración de hidrógeno, eso es -log [H⁺]. La definición es matemática como ves. Y se refiere sólo al catión H⁺. Lo cual es parcialmente correcto, ese catión no puede vivir solo y se "une" a una molécula de agua y vive como catión hidronio \[H_{3}O^{+}\].
Cuando tenés un ácido disuelto en agua, que llamamos solución acuosa del ácido tal, se separan los cationes hidrógeno y se van a vivir con el agua; y por otro lado quedan los aniones en solución. A esos aniones les pueden pasar otras cosas pero no nos metemos en esos detalles.
También te van a contar más adelante (digo más adelante por los datos de los problemas) que hay ácidos fuertes y ácidos débiles. Esto es qué tanto se completa la reacción de disociación, usamos esa palabra para esa separación del compuesto iónico en el agua.
Un ácido en agua se disocia según: \[H_{x}A \rightarrow xH^{+} + A^{^-x}\]
o con el hidronio del que te hablé: \[H_{x}A + xH_{2}O \rightarrow xH_{3}O^{+} + A^{^-x}\]
A es el anión, que puede ser un átomo como Cl, F,etc, o un grupo de átomos como SO3, SO4, NO3, etc, etc. Ojo que la carga del anión depende de la cantidad de hidrógenos en el ácido, que indiqué como x.
En tus problemas hay ácidos de los fuertes (que muchas veces se llaman minerales). Esos se disocian completamente en agua. La flecha de la reacción tiene un único sentido. Esto es todo el ácido como tal (HCl por ej) al ponerlo en agua se convierte en iones, se separa por completo.
Entonces para calcular el pH de una solución de ácido fuerte, la concentración de hidrógeno/hidronio que notamos como \[[H^{+}]\] o \[[H_{3}O^{+}]\], es exactamente igual a la concentración del ácido. En otras palabras todos los moles de ácido que agrego son iguales a los moles de hidrógeno que tengo en el volumen de solución.
Y puedo plantear que: (pongo puntos para que se entienda)
\[H_{x}A \rightarrow xH^{+} + A^{^-x}\]
1M..........0.........0............Condición inicial (apenas mezclo agua y ácido)
0......... xM .......1M...........Condición final (cuando se disolvió todo)
El xM, es la concentración molar de hidrógenos, el HCl se disocia en H⁺ y Cl⁻; pero el H2SO4 en 2 H⁺ y un SO4²⁻.
Si entendiste esto, con las bases es lo mismo, todo igual pero con LA diferencia que en vez de producir hidrógenos, se disocian así:
\[M(OH)_{x} \rightarrow M^{x+}+HO^{-}\]
Acá no hay hidronio, el hidroxilo, oxidrilo, OH⁻ o como lo llame tu profe puede vivir solito.
Ahora, cuando uso la concentración de HO⁻ (yo lo escribo al revés porque la carga negativa está sobre el átomo de oxígeno) y le calculo el potencial (el -log) no me da un valor de pH, da un valor de pOH. Que se lo resto a 14 y da el pH.
pH + pOH = 14.
Por la disociación del agua es que esa relación existe. Pero es a 298K (25°C) y 101,325 kPa, conocidas como condiciones normales de presión y temperatura o CNPT. No voy a entrar en detalle tampoco en equilibrio químico, estos ejercicios no lo necesitan.
El otro tema importante que tenés que saber es que existen las reacciones de neutralización. Esto es mezclo una solución de ácido con una base en una proporción que hace qeu el pH sea neutro, igual a 7. Experimentalmente se considera neutro algo con pH entre 6,5 y 7,5. Por debajo es ácido, y por encima de 7 es básico.
La reacción típica, con la nomenclatura general que usé antes es:
\[MOH\rightarrow M^{+}+HO^{-}\] disociación de la base
\[HA\rightarrow H^{+}+A^{-}\] disociación del ácido
\[HA+MOH\rightarrow H^{+}+HO^{-}+A^{-}+M^{+}\] sumo ambas y me dan:
\[HA+MOH\rightarrow H_{2}O+A^{-}+M^{+}\] agua y la sal disuelta en agua.
Puede que la sal no sea soluble en agua. Pero para el cálculo del pH no te interesa en lo absoluto.
Lo que sí te interesa son las cantidades, en mi ecuación la relación es 1 mol de ácido neutraliza a 1 mol de base. Pero podés tener otros ácidos con varios H (polipróticos) o bases con varios grupos HO⁻. Entonces ahí hay que jugar con la estequiometría.
Cualquier cosa en
este topic dejé un apunte muy bueno sobre el tema con electrolitos débiles y todo lo que omití en esta breve explicación.
Vamos a los ejercicios.
(18-05-2013 16:35)Turki escribió: 1) A 300mL de una solución de ácido nítrico \[HNO_{3} \] 0,2M se le agregan 300mL de una solución de ácido sulfúrico \[H_{2}SO_{4} \] 0,1M . Calcular la concentración de H+ y OH- de la solución resultante. Considere volúmenes aditivos y disociación total.
Ácidos fuertes (disociación total) y volúmenes aditivos, simplificación total.
Tenemos concentraciones y volúmenes, podemos usar la fórmula mágica para sacar las cantidades de hidrógeno a partir de las concentraciones de ácidos:
\[C_{normal}.V_{litros}=moles\]
Calculo cuánto nítrico tengo:
0,2 M . 0,300 L = 0,06 moles
Hago lo mismo para el sulfúrico, teniendo en cuenta que dije concentración NORMAL:
0,1 M.(2N/M) . 0,3 L = 0,06 moles
Sumo ambas cantidades y tengo 0,12 moles de hidrógeno. Los volúmenes son aditivos así que tengo 0,600 litros. Calculo concentración MOLAR de hidrógeno:
[H⁺] = moles / litros = 0,12 moles / 0,600 L = 0,2 M
Y calculo el pH = - log (0,2) = 2.
El pOH es 14 - pH = 14 - 2 = 12.
Y para tener [HO⁻] hago el camino inverso:
\[pOH = -log[HO^{-}] \Rightarrow [HO^{-}]= 10^{-pOH}\]
Ese cálculo da 1.10⁻¹² M de [HO⁻].
Cita:2)Se mezclan 400mL de una solución de \[KOH\] \[10^{-3}M\] y 250mL de una solución \[Ca(OH)_{2}\] \[10^{-2}M\] y luego se agregan 450mL de agua. Calcular el pH de la solución resultante considerando volúmenes aditivos y disociación total.
En este otro ejercicio tenés que hacer algo muy similar.
para KOH: 0,001 M (=N) . 0,400 L = 0,0004 moles
para Ca(OH)2: 0,01 M . 2 (N/M) . 0,250 L = 0,005 moles
Moles totales de HO⁻ totales = 0,0054
Y el volumen total es el de ambas soluciones más el agua agregada
Vt= 400 mL + 250 mL + 450 mL = 1100 mL = 1,100 L
Entonces [HO⁻] = 0,0054 mol / 1,100 L = 0,0049 M
pOH = -log (0,0049) = 2,31
pH = 14 - 2,31 = 11,69
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cecisammet recibio 2 Gracias por este post